Wyrażenia listowe
Wyrażenia listowe (ang. list comprehensions) to zwięzły i czytelny sposób tworzenia list w Pythonie. Pozwalają na generowanie nowych list na podstawie istniejących sekwencji lub innych iterowalnych obiektów, opcjonalnie z zastosowaniem filtrowania lub transformacji elementów. Są wydajniejsze i czytelniejsze niż budowanie list za pomocą tradycyjnych pętli for.
Podstawowa składnia
Ogólna postać wyrażenia listowego wygląda następująco:
nowa_lista = [wyrażenie for element in iterowalny_obiekt]Jest to skrócony zapis równoważny poniższej pętli:
nowa_lista = []
for element in iterowalny_obiekt:
nowa_lista.append(wyrażenie)Przykład podstawowy
# Tradycyjna pętla
lista = []
for i in range(10):
lista.append(i)
print(lista) # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
# Wyrażenie listowe
lista = [i for i in range(10)]
print(lista) # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]Transformacja elementów
Wyrażenia listowe świetnie nadają się do przekształcania każdego elementu kolekcji:
# Kwadraty liczb
kwadraty = [i ** 2 for i in range(10)]
print(kwadraty) # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
# Zamiana liter na wielkie
imiona = ["anna", "jan", "maria", "piotr"]
imiona_wielkie = [imie.upper() for imie in imiona]
print(imiona_wielkie) # ['ANNA', 'JAN', 'MARIA', 'PIOTR']Wyrażenia listowe z warunkiem
Możemy dodać warunek if, aby filtrować elementy:
nowa_lista = [wyrażenie for element in iterowalny_obiekt if warunek]Przykład z filtrowaniem
# Tylko liczby parzyste
parzyste = [i for i in range(10) if i % 2 == 0]
print(parzyste) # [0, 2, 4, 6, 8]
# Imiona dłuższe niż 3 znaki
imiona = ["adam", "ewa", "kasia", "tomek", "jan", "grzegorz"]
dlugie_imiona = [imie for imie in imiona if len(imie) > 3]
print(dlugie_imiona) # ['kasia', 'tomek', 'grzegorz']Warunek if-else w wyrażeniu listowym
Możemy również stosować wyrażenia warunkowe (operator trójargumentowy) po stronie wyrażenia, nie jako filtr:
# Etykieta: "parzysta" lub "nieparzysta"
etykiety = ["parzysta" if i % 2 == 0 else "nieparzysta" for i in range(6)]
print(etykiety) # ['parzysta', 'nieparzysta', 'parzysta', 'nieparzysta', 'parzysta', 'nieparzysta']Wyrażenia listowe z funkcją
Wyrażenia listowe mogą wywoływać dowolne funkcje na elementach kolekcji:
def kwadrat(x):
return x ** 2
lista = [kwadrat(i) for i in range(10)]
print(lista) # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]Zagnieżdżone wyrażenia listowe
Wyrażenia listowe mogą być zagnieżdżone — odpowiadają zagnieżdżonym pętlom for:
# Wszystkie pary (i, j) gdzie i != j
pary = [(i, j) for i in range(3) for j in range(3) if i != j]
print(pary)
# [(0, 1), (0, 2), (1, 0), (1, 2), (2, 0), (2, 1)]Spłaszczanie listy list
macierz = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
plaski = [element for wiersz in macierz for element in wiersz]
print(plaski) # [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]Wyrażenia słownikowe i zbiorowe
Python oferuje analogiczną składnię dla słowników i zbiorów:
Wyrażenia słownikowe (dict comprehensions)
# Słownik: liczba → jej kwadrat
kwadraty = {i: i ** 2 for i in range(6)}
print(kwadraty) # {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25}
# Odwracanie klucz-wartość w słowniku
oryginalny = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
odwrocony = {v: k for k, v in oryginalny.items()}
print(odwrocony) # {1: 'a', 2: 'b', 3: 'c'}Wyrażenia zbiorowe (set comprehensions)
# Zbiór unikalnych długości słów
slowa = ["ala", "ma", "kota", "ala", "kota"]
dlugosci = {len(slowo) for slowo in slowa}
print(dlugosci) # {2, 3, 4}Wyrażenia generatorowe
Używając nawiasów okrągłych zamiast kwadratowych, uzyskujemy generator, który oblicza wartości leniwie (jeden po drugim), nie tworząc całej listy w pamięci:
# Generator
gen = (i ** 2 for i in range(10))
print(type(gen)) # <class 'generator'>
print(next(gen)) # 0
print(next(gen)) # 1
# Użycie w pętli
for v in (i ** 2 for i in range(5)):
print(v)Generatory są szczególnie przydatne, gdy pracujemy z dużymi zbiorami danych, które nie muszą być jednocześnie trzymane w pamięci.
Porównanie wydajności
Wyrażenia listowe są zazwyczaj szybsze od równoważnych pętli for, ponieważ Python optymalizuje je wewnętrznie. W przypadku bardzo dużych zbiorów danych warto jednak rozważyć użycie generatorów, które są oszczędniejsze pamięciowo.
from timeit import timeit
# Pętla for
t1 = timeit("[i**2 for i in range(1000)]", number=10000)
# Generator w sum()
t2 = timeit("sum(i**2 for i in range(1000))", number=10000)
print(f"Wyrażenie listowe: {t1:.3f}s")
print(f"Generator: {t2:.3f}s")Podsumowanie
| Typ wyrażenia | Składnia | Wynik |
|---|---|---|
| Listowe | [wyrażenie for x in it] |
list |
| Listowe z filtrem | [wyrażenie for x in it if warunek] |
list |
| Słownikowe | {k: v for x in it} |
dict |
| Zbiorowe | {wyrażenie for x in it} |
set |
| Generatorowe | (wyrażenie for x in it) |
generator |
Wyrażenia listowe są idiomatycznym, czytelnym i wydajnym narzędziem Pythona, które warto stosować wszędzie tam, gdzie budujemy nową kolekcję na podstawie istniejących danych.
Najczęstsze wzorce i idiomy
| Wzorzec | Wyrażenie listowe | Opis |
|---|---|---|
| Filtrowanie | [x for x in dane if warunek(x)] |
Zachowanie wybranych elementów |
| Transformacja | [f(x) for x in dane] |
Przekształcenie każdego elementu |
| Filtrowanie + transformacja | [f(x) for x in dane if warunek(x)] |
Oba na raz |
| Spłaszczanie | [x for sub in dane for x in sub] |
Lista list → płaska lista |
| Iloczyn kartezjański | [(x, y) for x in A for y in B] |
Wszystkie pary |
| Zamiana wartości | [x if x > 0 else 0 for x in dane] |
Warunkowe podstawienie |
| Indeksowanie | [(i, x) for i, x in enumerate(dane)] |
Pary (indeks, wartość) |
Typowe pułapki i dobre praktyki
Kiedy NIE stosować wyrażeń listowych
# ❌ Zbyt skomplikowane — trudne do zrozumienia
wynik = [f(x) for x in dane if g(x) > 0 for y in h(x) if y != 0]
# ✓ Lepiej użyć zwykłej pętli
wynik = []
for x in dane:
if g(x) > 0:
for y in h(x):
if y != 0:
wynik.append(f(x))Pułapka z mutowalnymi obiektami
# ❌ Wszystkie wiersze to ta sama lista!
macierz = [[0] * 3] * 3
macierz[0][0] = 1
print(macierz) # [[1, 0, 0], [1, 0, 0], [1, 0, 0]]
# ✓ Poprawnie — każdy wiersz to nowa lista
macierz = [[0] * 3 for _ in range(3)]
macierz[0][0] = 1
print(macierz) # [[1, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]Efekt uboczny — wyrażenia listowe nie powinny modyfikować stanu
# ❌ Nie używaj wyrażeń listowych dla efektów ubocznych
[print(x) for x in range(5)] # Tworzy niepotrzebną listę [None, None, ...]
# ✓ Użyj pętli for
for x in range(5):
print(x)Zaawansowane przykłady praktyczne
Transpozycja macierzy
macierz = [[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
[7, 8, 9]]
transponowana = [[wiersz[i] for wiersz in macierz] for i in range(len(macierz[0]))]
print(transponowana) # [[1, 4, 7], [2, 5, 8], [3, 6, 9]]Grupowanie elementów w paczki (chunking)
dane = list(range(10))
n = 3
paczki = [dane[i:i+n] for i in range(0, len(dane), n)]
print(paczki) # [[0, 1, 2], [3, 4, 5], [6, 7, 8], [9]]Słownik częstości wystąpień
tekst = "abrakadabra"
czestosci = {znak: tekst.count(znak) for znak in set(tekst)}
print(czestosci) # {'a': 5, 'b': 2, 'r': 2, 'k': 1, 'd': 1}Filtrowanie słownika
oceny = {"Anna": 5, "Jan": 3, "Kasia": 4, "Tomek": 2, "Ewa": 5}
najlepsi = {k: v for k, v in oceny.items() if v >= 4}
print(najlepsi) # {'Anna': 5, 'Kasia': 4, 'Ewa': 5}